Como construir um microfone direcional?

Um microfone direcional aumenta em muito a sensibilidade de um equipamento de gravação, por diminuir o nível de ruídos e oferecer um “facho” de captação de sinal o que o torna seletivo quanto ao que se quer gravar. Basicamente é o mesmo princípio da antena parabólica para captação de sinais de satélite. Esses sinais são de baixíssima intensidade e a antena funciona como concentrador desses sinais, tal qual uma lente de aumento concentra raios de luz. O princípio é simples, bem como a construção de um microfone direcional, também chamado de microfone parabólico. Nesse artigo descreverei a construção de um microfone direcional que tem me proporcionado boas gravações de vocalizações de aves e outros sons da natureza. Espero que vocês gostem!

1. Em primeiro lugar é necessário um equipamento de gravação com entrada para um microfone (ou dois em caso de equipamento estereofônico). Eu utilizo um ipod, cujo firmware (software que controla o equipamento) foi alterado para ter acesso a mais funções, incluindo a de gravação. Descreverei em detalhes como isso pode ser feito.
2. Para cada tipo de equipamento de gravação é necessário um circuito pré-amplificador apropriado para ajuste de impedâncias. Pronto! Começaram os termos técnicos! Não se assustem, explicarei isso de forma mais simples. Impedância é basicamente a resistência interna de um circuito e é necessário que essa impedância seja compatível com o circuito seguinte para que haja a melhor transferência de energia entre os circuitos. O próprio microfone é considerado um circuito, tem uma impedância determinada de acordo com o seu tipo.
3. Microfone… Esse é o elemento que transforma a variação da pressão do ar em energia elétrica, ou seja transforma as ondas sonoras em um sinal elétrico que varia de freqüencia de acordo com o som. Existem vários tipos, desde os mais simples até alguns extremamente sofisticados e caríssimos. Entre outros existem microfones de carvão, magnéticos, de cristal, etc. Um tipo muito comum, utilizado em celulares, computadores e outros equipamentos é o microfone de eletreto. http://mig.pand.googlepages.com/Condenser_Microphone.jpg http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletreto Esse microfone tem uma excelente resposta em todo o espectro audível, porém, ele é omnidirecional, capta sinais de (quase) todas as direções. Essa característica, aliada a alta sensibilidade do mesmo, faz com que ele capte ruídos tornando-o não muito prático para nós. Portanto precisamos de um concentrador parabólico.
4. Chegamos à tigela da cozinha! Hein? Como? Pois é, até uma tigela redonda pode ser usada para isso! No meu caso utilizei um refletor de uma lamparina a gás, daquelas de acampamentos. Pode-se utilizar diversos materiais, plástico, metal, até cerâmica, mas cada material tem característica diferentes de reflectância do som. Plástico, cerâmica, e afins podem absorver um tanto do som, enquanto vidro, metal, etc, podem ter um efeito de acentuar certas faixas de freqüencia. O meu refletor é de metal e não tenho queixas. O tamanho do refletor depende de quanto cada um malha! he he he Você não vai querer carregar uma parabólica de 2m subindo um morro, não é? Esse é o item que requer criatividade.
5. A necessidade é mãe da criatividade. Escolher o concentrador parabólico vai depender do material disponível, mas deve-se levar em consideração o tamanho que não pode ser pequeno demais pois não teria efeito sobre a forma de captação do som, nem muito raso, pois não isolaria os sons laterais. Também é necessário prever uma forma de construir a engenhoca de modo a permitir substituir os componentes em caso de não funcionar de acordo. Ou seja, melhor começar com um protótipo, fazer testes, melhorias e correções, para daí partir para o modelo definitivo. Improvisar só enquanto é protótipo!!!
6. Improvisar também pode ser bom quando não se tem prática em montagem de circuitos eletrônicos. O melhor improviso é aquele amigo CDF, professor pardal, que entende um pouco do assunto (ou até bastante). Uma dica: gosto de fazer amigos! ;)
7. Paciência!!! Não tente apressar o rio, ele corre sozinho! Por mais ansioso que você possa ficar em ver tudo pronto, sempre faça tudo com calma. Soldar componentes eletrônicos requer mão firme, olhos bons (essas porcarias estão cada vez menores, ou eu é que estou ficando velho mesmo), e cuidados para não se queimar ou aspirar gases tóxicos.
8. Ferramentas, é claro! Será necessário um alicate de corte pequeno, um suporte para placa de circuito impresso ou uma pequena morsa, um ferro de solda de até 30W, solda de boa qualidade, pasta de solda, pinças e lupa (para o Mr. Magoos da vida como eu). Também serão necessários, componentes eletrônicos (conforme o circuito a ser montado), cabos blindados para as conexões, plugs, espaguete termo-retrátil, durepoxi, cola térmica, superbonder, caixas plásticas, parafusos de fixação, suporte de baterias, etc. Muito desse material depende da criatividade de cada um, e também da opção de refletor parabólico. No meu caso precisei até de um pedaço de camara de pneu de carro para fixar a caixa com o circuito no refletor…

• O primeiro passo a realizar é modificar o firmware do ipod. O site do Rockbox (http://www.rockbox.org/) apresenta todos os modelos de tocadores de mp3 com os quais é compatível. É necessário baixar um instalador apropriado a cada modelo. Alterando o firmware de um produto incorre em perda da garantia e toda aquela encrenca de letras miúdas. No caso do Rockbox é perfeitamente possível reverter o processo eliminando vestígios de alterações, uma vez que o firmware original permanece instalado. Deve-se seguir corretamente as instruções de instalação para evitar problemas durante a instalação. NUNCA DESLIGUE OU DESCONECTE O IPOD DURANTE A INSTALAÇÃO! Feito essa modificação o ipod passará a contar com o recurso de gravação em formato mp3 com até 320kbits/s ou mesmo em formato WAV. Agora podemos construir o microfone propriamente dito.
• O pré-amplificador: pesquisando na internet encontra-se dúzias de circuitos de pré-amplificadores próprios para microfones de eletreto. Escolhi o mais simples, por razões de custo, facilidade de montagem e dimensões físicas. O circuito requer apenas um transistor por canal e mais alguns componentes discretos conforme o diagrama a seguir (ooops, faltou o diagrama!). A montagem do mesmo fica melhor em placa de circuito impresso, mas pode ser realizada “no ar”, ou seja, soldando os terminais dos componentes diretamente entre si. Dá um bocado de trabalho, mas serve para testar se é compatível com o ipod. O primeiro protótipo funcionou muito bem dessa forma (http://picasaweb.google.com/walther.grube/MicrofoneDirecional#). O ganho desse circuito é apenas suficiente para gravar, sendo necessário ajustar o ipod para ganho máximo de gravação. O próximo circuito que irei montar contará com um circuito integrado chamado de amplificador operacional que irá ter um ganho muito maior, aumentando assim a sensibilidade geral do equipamento. Para montar o pré-amplificador usa-se uma placa de circuito impresso do tipo “proto-board” que é perfurada em uma matriz com conexões lineares do lado “cobreado”. É a maneira mais prática para protótipos, basta posicionar os componentes transversalmente às conexões lineares e, se necessário, cortar essas ou ligá-las com fios pelo outro lado. (incluir fotos explicativas). Para quem quiser um modelo mais compacto, pode-se criar uma placa de circuito impresso própria, mas isso requer um desenho próprio de conexões, uso de produtos químicos, e um bocado de prática, fugindo assim da proposta de simplicidade. Fiquemos com o “proto-board”!

1. - Recorte o proto-board de modo que ele tenha as seguintes dimensões (incluir dimensões). Isso pode ser feito com o uso de uma serra de metal usada pelo lado contrário às conexões de cobre. Essas deverão ser cortadas previamente com o uso de uma régua e um cortador próprio, faca ou estilete. Cuidado para não cortar os preciosos dedos de fotógrafo!!! he he he (incluir fotos detalhando o corte)
2. - Posicione os componentes do lado contrário ao cobre e dobre os terminais dos mesmos para que fiquem no lugar. Corte o excesso dos terminais deixando um pouco para poder realizar a soldagem com alguma folga. (fotos)
3. - A solda deve ser feita em ambiente ventilado e iluminado, com cuidado para evitar excesso de estanho que pode causar curto-circuitos. Após soldados os componentes faz-se uma verificação visual e física, quer dizer, mexer os componentes para ver se estão fixos. Uma boa solda caracteriza-se por ser brilhante e uniforme, em forma de gota grudada tanto ao terminal do componente como na trilha de cobre da placa. (fotos)
4. - Depois de pronta a placa, deve-se soldar os cabos blindados, previamente estanhados (usando um pouco de pasta de solda), aos pontos indicados. (fotos)
5. - Solda-se então o suporte de baterias, o(s) microfone(s) e o plug de conexão ao ipod.(fotos)
6. - O plug de conexão ao ipod requer muito cuidado, seus contatos são minúsculos e aí vem o grande macete. Utilize terminais cortados dos componentes para realizar essa soldagem. Segurando o terminal com uma pinça (ou alicate), aqueça-o com o ferro de solda, aplique estanho e mantendo-o encostado ao ferro de solda encoste-o no terminal próprio do plug, conforme o diagrama. (fotos) Após retirar o ferro de solda, espere esfriar. Com cola térmica, ou melhor ainda, durepoxi, fixe esses terminais “alongados” de modo que eles não se soltem ao soldar o cabo blindado (fotos) e só então solde o cabo.

• Primeiro teste para verificação de funcionamento do microfone. Coloque as baterias, conecte o ipod, ligue o mesmo e ligue o pré-amplificador (fotos). Selecione a opção de gravação, regule o ganho para o máximo e verifique se está sendo captado algum som observando o movimento do indicador de nível de som. Se não funcionar, desligue tudo, retire as baterias e então faça o procedimento de verificação.

1. - Cheque a placa de circuito impresso por curto-circuitos nas soldas, ou sobras de terminais.
2. - Cheque por “soldas frias”, soldas não bem realizadas que tem aspecto opaco e podem causar maus contatos.
3. - Cheque por erros de posicionamento dos componentes.
4. - Cheque se as baterias não estão invertidas.
5. - Religue tudo e teste novamente.

• Se estiver tudo funcionando, vem a montagem do microfone dentro do refletor parabólico, o circuito dentro da caixa e a fixação do conjunto. Nessa etapa, tudo depende das suas opções de material e sua criatividade. Como o custo do material (exceto o ipod) é baixo, é possível fazer experiências para ver o que dá melhor resultado. (fotos)

1. - As opções de montagem do microfone dentro do refletor são muitas. Pode-se optar por um suporte fixo por três pontos na borda do refletor, ou uma haste fixa na parte interna do refletor em um angulo de 45 graus ou mesmo fixo ao centro do refletor.
2. - O(s) cabo(s) que liga(m) o(s) microfone(s) ao circuito deve(m) ser o mais curto(s) possível para evitar captação de campos magnéticos (zumbidos).
3. - Para evitar ruídos causados por manipulação do ipod pode-se deixá-lo separado do refletor, deixando para isso uma folga no cabo que conecta o pré-amplificador ao mesmo. Nesse ponto a captação de zumbidos é menor pois já temos um sinal um pouco mais forte.
4. - Lembre-se de não bloquear parafusos de fixação na montagem, caso algo dê errado será necessário poder desmontar tudo para verificações.
5. - Procure fixar os cabos aos microfones usando o espaguete termo-retrátil. É um pequeno tubo de plástico (vem em diferentes diâmetros), que ao ser aquecido encolhe e assim fixa o cabo. Isso também é bom para o plug do ipod.
6. - O(s) microfone(s) precisam estar bem posicionados no eixo do refletor e não podem ficar soltos. De novo, é necessário criatividade para resolver esses detalhes construtivos.

• Meu ipod estava jogado em uma gaveta havia mêses, pois não me agradava a idéia de depender de comprar músicas para ouvi-las tendo eu um acervo de discos e cds. Aí resolvi pesquisar na internet sobre opções para alterar o firmware do ipod. A hora que eu descobri que era possível gravar sons com isso, fiquei imaginando como seria isso para cantos de aves, e o resultado está aí.

Espero que esse artigo não seja exaustivo demais, procurei detalhar ao máximo para que aqueles com pouca experiência com eletrônica pudessem entender todos os passos da montagem. Talvez fosse mais fácil criar um kit com o circuito, já conectado a um microfone e previsto para um tipo de tocador de mp3, mas isso iria limitar as opções do pessoal. Não digo que minha “invenção” seja algo excepcional, mas estou muito satisfeito com os resultados e espero que com as dicas de como montei o meu “orelhão de prata” (ainda preciso de um nome melhor), possa incentivar o pessoal a criar seus próprios dispositivos e publicar seus projetos e resultados aqui.

Da mesma forma como estou me divertindo com o meu microfone direcional, espero que vocês consigam bons resultados e gravem os cantos das nossas aves!
Não esqueçamos do exemplo do Johan Dalgas Frisch com suas maravilhosas gravações do uirapuru!